新型熱電裝置問世!可穿戴收集能量和自我修復

2021-02-15 風火輪技術團隊

熱電系統可利用溫差來發電，此前已有研究團隊將之應用於世界上最小的冰箱、燒火取電、甚至特殊的塗料。不過本文要為大家介紹的，則是由科羅拉多大學科學家們打造的一款「可穿戴式人體熱電收集」小裝置。除了能夠以戒指的形式從人身上收集能量，它甚至可在受損時實施自我修復。

據悉，新型裝置是該校工程團隊早期研究的一個延伸。研究團隊曾於 2018 年展示一款能夠彎折、扭曲和貼合佩戴者體表的電子皮膚，並且嵌入了傳感器。

起初這項技術僅被小心地用於可穿戴計算機，不過它最讓人感到激動的一點，就是能夠在受損時自我修復。

顯然，這項特性與電子皮膚所採用的特殊聚合物（聚亞胺 / Polyimine）有很大關係。在摻雜了納米銀顆粒之後，材料結構中可形成一種化學鍵。

一旦發生了撕裂，受損部位的化學鍵即可完成自行修復。不同的是，本文介紹的這項新研究，無需像電子皮膚那樣，為熱電環連接到外部電源。

取而代之的是，熱電環能夠利用穿戴者身體與環境的溫差實現「自體供電」。該功能由種植在聚亞胺基上的微小熱電晶片組成，且微觀上通過液態金屬線連接。

研究人員指出，該裝置能夠通過其覆蓋的每平方釐米皮膚產生 1 伏特的電壓。雖然數值看起來很小，但足以為智能手錶 / 健身追蹤器等可穿戴設備供電。

為了增強輸出功率，研究團隊也提出了可將之組合形成大面積連接的想法。如果放大到腕帶的水平，該裝置可產生大約 5V 的電壓。

最後，這種裝置還是用了完全可回收的材料來打造，所有組件都能夠溶解或分離，後續可通過浸入特殊溶液並投入重新使用。

關注風火輪，技術之路常相伴，恭賀新春，我們下期見！

相關焦點

  • 新型柔性可穿戴熱電發電機:效率更高、性能更好!
    導讀柔性和自供電，是目前可穿戴設備的技術前沿和發展方向。最近，美國北卡羅萊納州立大學的研究人員為了提高柔性可穿戴設備中熱電發電機的性能和效率，採用EGaIn 液態金屬互連線連接溫差電元件，這些互連線不僅電阻很低，還具有拉伸和自我修復的特性。
  • 可穿戴電子設備的能量收集應用介紹
    在許多情況下，使用能量收集的應用往往沒有足夠的空間來容納大體積的電池。 典型例子包括可穿戴技術，如健身小工具和健康監測設備，以及諸如環境或結構狀況監測應用中的無線傳感器節點。 通常情況下，從諸如太陽能、振動或溫差等環境能量源收集的能量，需要經過轉換、升壓和暫存後才能得到有效利用。 現如今，多家公司針對能量收集應用推出的電源轉換和電源管理集成電路日益增多。
  • 可穿戴的太陽能熱電發電機:效率更高!
    導讀最近，韓國蔚山國立科技大學（UNIST）材料科學和工程學院的教授 Kyoung Jin Choi 領導開發出一種先進的新型能量採集系統，它能夠通過簡單地與衣物、窗戶和建築物牆壁接觸而產生能量。關鍵字自供電、溫差電、可穿戴背景自供電技術，為突破可穿戴電子產品的電池這一關鍵瓶頸，提供了一個非常有前景的創新方案。筆者曾經介紹過多個自供電相關的創新方案，特別是在《新型柔性可穿戴熱電發電機：效率更高、性能更好！》一文中，介紹過溫差發電的方式，利用人體熱量實現自供電。
  • UCLA研發熱電發電機 從寒冷夜空中收集能量或可為電動汽車等供電
    蓋世汽車訊 據外媒報導，雖然太陽能電池板非常有效，但是其主要缺點之一是，只會在白天產生能量，因此需要存儲多餘的能量以備夜間使用。不過現在，美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）的工程師們研發出一種原型設備，與太陽能電池板工作原理幾乎相反，該設備可以從寒冷的夜空中收集能量，被動為LED燈供電。
  • 可自我修復，可回收和可重構的液態金屬可穿戴電子皮膚
    可自我修復，可回收和可重構的液態金屬可穿戴電子皮膚同濟大學航空航天工程與應用力學學院，美國科羅拉多大學博爾德分校與北京航空航天大學材料科學與工程學院聯合科研團隊研究人員正在開發一種"真正可穿戴"的可穿戴電子設備，這是一種受人體皮膚啟發並粘在皮膚上的可拉伸且可完全回收的電路板
  • :可自修復,可回收和樂高式模塊化的高性能可穿戴熱電發電機
    2021年2月10日，國際頂級學術期刊《科學》子刊《科學進展》發表了華中科技大學能源與動力工程學院楊榮貴教授團隊在柔性熱電器件方面的最新研究論文《可自修復，可回收和樂高式模塊化的高性能可穿戴熱電發電機》（High-performance wearable thermoelectric generator with self-healing, recycling
  • 科學家開發微小的可穿戴式風力發電機 從扇動的塑料條中收集能量
    中國科學院的研究人員開發了一種新型的可穿戴式電動發電機，它可以在人們行走時從風中收集能量。研究團隊表示，它的成本低，效率高，足以為小型傳感器和LED供電。雖然它與風一起工作，但它不完全是一個渦輪機。相反，這種發電機通過類似於產生靜電的機制來收集能量。
  • 熱電發電新方法:用鉛筆和紙,簡單又便宜!
    2）美國喬治亞理工學院研究人員採用柔性導電聚合物和紙張上印刷的新型導電圖案，開發出一種概念驗證階段的可穿戴熱電發電機。該熱電發電機能採集人體熱量，為測量心率、呼吸和其他生理指標的生物傳感器供電。3）韓國蔚山國立科技大學材料科學和工程學院的教授 Kyoung Jin Choi 領導的團隊開發出新型可穿戴太陽能熱電發電機，它通過與衣物、窗戶和建築物牆壁接觸而產生能量。
  • 華中科大楊榮貴教授團隊在柔性熱電器件研究取得重大進展
    方面的最新研究論文《可自我修復，可回收和樂高式模塊化的高性能可穿戴熱電發電機》（High-performance wearable thermoelectric generator with self-healing, recycling, and Lego-like reconfiguring capabilities
  • 新型可穿戴溫差發電裝置 沒電就用體溫造
    （原標題：新型可穿戴溫差發電裝置 沒電就用體溫造）
  • 研究開發新型材料,以汗水助力可穿戴
    研究開發新型材料，以汗水助力可穿戴 2021-01-06 13:32 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 新型可穿戴大腦掃描儀問世 可評測大腦功能
    新型可穿戴大腦掃描儀問世 可評測大腦功能 2018-03-26 09 2018年03月26日 09:27　來源：科技日報 參與互動　 　　新型可穿戴大腦掃描儀問世
  • 新型熱電材料展示出巨大的IoT應用潛力
    但是，對於一些還無法充分提高其電池電量的應用，例如物聯網中旨在實現零能耗的傳感器，仍將依賴能量收集技術。K3IEETC-電子工程專輯能量收集是指從環境或系統本身收集能量，來為電子設備供電。對能量收集的關注刺激了互補技術的發展，比如超低功耗（皮瓦）微電子器件和超級電容器。
  • 採用超低電壓轉換器改善從熱電能源的能量收集
    背景　　測量和控制所需的超低功率無線傳感器節點的激增，再加上新型能量收集技術的運用，使得由局部環境能量而非電池供電的全自主型系統成為可能。
  • 新型壓電能量採集器：離可穿戴電子產品商業化更近一步
    導讀據韓國科學技術院官網近日報導，該校研究人員通過簡單易用的熱壓和流延成型製造工藝，開發出一款高度柔性但卻堅固耐用的可穿戴壓電能量採集器。背景從小型電子產品到嵌入式設備的一系列領域，例如傳感器、致動器、顯示器和能量採集器中，我們越來越多地看到可穿戴電子產品的應用。
  • Science advance重磅—一種個性化溫度調節的可穿戴熱電設備
    Sahngki Hong, Sheng Xu (ENGINEERING)Science Advances 17 May 2019:摘要溫度調節對能源消耗、人體舒適度和健康有著重要的影響熱電設備的個性化溫度調節（TEDs）可以顯著降低製冷量，滿足個人的降溫需求。但由於缺乏具有可持續的高冷卻性能的柔性熱電設備，這一技術目前尚未實現。本文展示了一種可穿戴熱電設備，該設備可提供超過10°C的冷卻效果，並具有高性能係數（COP > 1.5）。
  • 「真正可穿戴」的電子皮膚問世，可在任意方向伸展60%
    圖 | 新型可穿戴電子設備研究者肖建亮（左）和張偉（右）有一次在食堂吃飯，他和張偉聊起柔性電子，兩人一拍即合，基於兩人多年的理論和實踐基礎，遂開始對可穿戴電子設備的研究。肖建亮說他想做一款對人體更友好的可穿戴電子設備。因為常見的可穿戴電子皮膚設備如 Apple Watch、智能手環、智能眼鏡等，雖然有各自獨特的功能，但是多數存在價格昂貴、體驗感差、穿戴不舒服等各種各樣的問題。
  • 「真正可穿戴」的電子皮膚問世,可在任意方向伸展60%
    圖 | 新型可穿戴電子設備研究者肖建亮（左）和張偉（右）緣起於食堂的一場研究肖建亮告訴 DeepTech，他在柔性電子領域深耕多年，對可穿戴電子設備的洞察力和感知力敏銳且深入。有一次在食堂吃飯，他和張偉聊起柔性電子，兩人一拍即合，基於兩人多年的理論和實踐基礎，遂開始對可穿戴電子設備的研究。
  • 新型電子皮膚，終將終結可穿戴設備？
    電子皮膚是通過電學信號的集成與反饋來模擬人體皮膚感受外界刺激（壓力、溫度、溼度）的新型電子器件。電子皮膚作為一種柔性觸覺仿生傳感器已經廣泛地應用於人體生理參數檢測與機器人觸覺感知等領域，近年來是世界各國研究者廣泛關注的熱點。曾有業內人士指出，電子皮膚的出現有可能終結所有可穿戴設備。
  • 西北工業大學研發可延展壓電能量收集和自供電傳感器件
    為此，科研人員在可延展壓電能量收集方面做了大量的研究工作，成功開發出具有較高壓電係數的可延展壓電材料；也通過結構設計，將可延展結構與具有較高壓電係數的壓電材料結合開發出同時具有優異的壓電和可延展性能的能量收集器件，極大的解決了由於傳統電池帶來的困擾和技術瓶頸。